بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله شبیه سازی عددی انتقال حرارت نانو سیال آب آلومینا در یک لوله ی پره دار مورد تحلیل قرار گرفته است،سیال مورد نظر در این مقاله ،مخلوط آب و نانو ذرات AL2O3 در غلظت های مختلف می باشد . جهت بررسی عددی جریان از مدل K-Epsilon استفاده شده است.
معادلات ناویر استوکس تراکم ناپذیر،آرام و پایا در روش حجم کنترل استفاده گردیده است.در این مقاله اثر غلظت های مختلف نانو سیال در رینولدزهای مختلف بر روی دمای خروجی و میزان ضریب انتقال حرارت جابجایی و عدد ناسلت میانگین نانوسیال مورد مطالعه قرار می گیرد. باتوجه به نتایج میزان انتقال حرارت وعدد ناسلت در رینولدز1200و کسرحجمی%4افزایش یافته است.
-1مقدمه
نیاز روز افزون صنعت به انرژی و کاهش منابع تولید آن استفاده بهینه از انرژی را طلب می کند.یکی از راه های صرفه جویی در صنعت،نحوه انتقال حرارت بهینه از سیال می باشد.از موانع اصلی در افزایش راندمان حرارتی، خواص ضعیف انتقال حرارت سیالاتی مانند آب است. بالا رفتن ضریب هدایت حرارتی تاثیر بسزایی در فرآیند های انتقال حرارت رسانش و جابه جایی دارد.
نانو سیالات شکل جدیدی از سیال جهت انتقال حرارت می باشد که از طریق معلق ساختن ذرات ریز در حد نانو، در سیال پایه ساخته می شوند .[2] ترکیبات متفاوتی از ذرات نانو در سیال پایه مورد مطالعه قرار گرفته است، و در این تحقیقات،میزان انتقال حرارت در کسر های متفاوت بررسی شده است.
لی و چوی [3] بررسی های روی چهار نانو سیال، آب/ AL2O3 ، اتیلن گلیکولcuo/،آبcuo / انجام دادند. آنها نشان دادند که تغییرات ضریب انتقال حرارت جابجایی برحسب عدد رینولدز و کسر حجمی نانوذرات بصورت خطی است.سپس مسیر انتقال حرارت در جریان آرام واجباری را در لوله های پره دار حرارتی مورد بررسی قرار دادند. سانترا و همکاران [4] انتقال حرارت جابجایی آرام نانو سیال حاوی نانو ذرات مس در بین دو صفحه موازی را با استفاده از روشهای عددی به صورت دو بعدی بررسی کردند.
بهزاد مهر و میرمعصومی[5] انتقال حرارت ترکیبی نانو سیال آبAL2O3 / را در داخل لوله افقی با مدل دو فازی مخلوط به طور عددی مورد مطالعه قرار دادند . ژوان و روتزل [6] در مطالعات تئوریک خود با استفاده از مدل پراکندگی روابطی برای بررسی انتقال حرارت جابجایی نانوسیال درداخل لوله ارائه داده اند. در این معادلات نقش ذرات نانو در انتقال حرارت به صورت ترمهای اضافی در معادله کلی انتقال حرارت ظاهر می شود .
ون و دینگ جریان آرام نانوسیال آب-اکسید آلومینیوم در حال توسعه را در یک لوله مسی به صورت تجربی مورد بررسی قرار دادند. مطالعه آنها نشان داد که افزودن نانوذرات اکسید آلومینیوم تا 1/6 درصد به آب، عدد ناسلت آن را تا 38 درصد افزایش میدهد.
صحرا و همکارانش[8] میزان انتقال حرارت نانو سیال آبTiO2/ را در مبدل حرارتی مورد مطالعه قرار دادند و به این نتیجه رسیدند که مقدار انتقال حرارت نسبت به آب % 7/3 افزایش پیدا کرده است. ون و دینگ[9] به صورت تجربی انتقال حرارت جابجایی نانوسیال آبAL2O3 / را بررسی کرده اند که نتایج حاصل بیانگر افزایش انتقال حرارت جابجایی جریان آرام با افزایش عدد رینولدز و غلظت ذرات نانو می باشد.
کامیار و رفیعی [10] از مدل تکفاز برای مخلوط سیال پایه و نانوذرات استفاده شده است.آنها نشان دادند، با افزایش کسر حجمی نانوذرات ضریب انتقال حرارت - U - و انتقال حرارت کل - Q - میزان قابل توجهی افزایش می یابد.
-2 شبیه سازی عددی ومعادلات حاکم:
-1-2 شرح مسأله:
هندسه مورد بررسی یک مبدل حرارتی لوله پره دار با پره های U شکل می باشد. از داخل مبدل ،سیال با دمای =343œk در حال حرکت می باشد.سیال خنک کننده دارای دمای =291œk می باشد. لوله ی دارای قطر داخلی 20mmو 22mm بوده و ضخامت پره های آن یک میلیمتر و از جنس مس میباشد. نانوسیال با غلظت های%1 ، %2 ، %3 و%4 با رینولدز 300 تا1200 از درون مبدل عبور می کند.
شکل-1 مش بندی هندسه مبدل حرارتی Proximity and Curvature استفاده می گردد.
مدل با نرم افزار CATIA V 5 - R20 طراحی گردیده و شبیه سازی باAnsys Fluent 16 انجام می گیرد. جهت حل از روش استاندارد K-epsilon - حالت دو معادله Kو - ، استفاده گردیده است. شرایط مرزی غیر لغزنده می باشد. انقال حرارت از مبدل به دو صورت هدایتی و جابجایی صورت می گیرد. جهت حصول جواب قابل قبول تعداد مش ها شبکه تا جای کوچک گردیده است که کاهش سایز شبکه بیشتر از آن تغییری در جواب نهایی نداشته است.
